Publicação: Análise teórica e experimental do comportamento térmico de um forno elétrico
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CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA
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Resumo
Este trabalho avalia teórica e experimentalmente o comportamento térmico de um forno elé-
trico. Inicialmente dedica-se à construção de um experimento que represente o uso comum de
um forno elétrico doméstico e possibilite adquirir informações da evolução das temperaturas
das paredes do forno e da amostra aquecendo em seu interior. Este comportamento térmico
é avaliado e usado para se calcular os uxos de calor por radiação e convecção que atinge
a amostra em cada face. Em seguida, propõe-se um problema inverso que é minimizado
(otimizado) por algoritmo genético cujo objetivo é estimar o perl do uxo de radiação e
convecção calculados. Os resultados de temperaturas são apresentados para cada superfície
do forno e da amostra. Já os uxos são apresentados em suas componentes de convecção,
de radiação e uxo total que é soma dos dois para cada superfície da amostra. A estimativa
do problema inverso é apresentada junto ao uxo total calculado a partir das temperaturas
do experimento. O forno conseguiu imprimir uma temperatura uniforme na superfície
da amostra, porém em grandezas menores que as setadas. O problema inverso apresentou
resultados satisfatórios para a otimização de fornos. Uma vez que ele necessita apenas da
medição de temperaturas na superfície da amostra, se torna um procedimento mais simples
para o cálculo dos uxos de calor ideal que visa a uniformidade do aquecimento. Porém,
a utilização de critérios na obtenção das propriedades e na construção do modelo térmico
direto são necessários.
Abstract
This study investigates the thermal behavior of an electric oven under theoretical and experimental
conditions. Initially, it is dedicated to building an experiment which reects the
everyday use of a household electric oven and which makes it possible to gather information
on the development of temperatures for oven walls and for the sample being heated. Such
thermal behavior is evaluated and used to calculate radiation and convection heat ow rates
applied to each of the sample\'s faces. Afterwards, an opposite problem which is minimized
(optimized) by means of a genetic algorithm whose objective is to estimate the pattern of
the radiation and convection ow rate calculated is proposed. The Temperatures results for
each of the surfaces of the oven\'s and sample\'s are presented. The ow rates, on the other
hand, are presented in terms of their convection and radiation components, and the total ow
rate, which is the sum of both of them, for each of the sample\'s surface. An estimate for the
opposite problem is presented alongside the total ow rate calculated from the temperatures
of the experiment. The oven managed to apply a uniform temperature to the surface of
the samples, although at rates lower than the ones set up. The opposite problem showed
satisfactory results for the optimization of ovens. Since it only requires temperatures from
the surface of the sample to be measured, the procedure for the calculation of optimal ow
rates turns out to be simpler because it aims at achieving heat uniformity. However, the use
of criteria for the determination of the properties and for the construction of the thermal
model is required.
Palavras-chave
Otimização em fornos, Comportamento térmico de forno, Temperatura de fornos, Radiação térmica, Thermal behavior of an oven, Thermal radiation
Citação
MALHEIROS, Fernando Costa. Theoretical and experimental analisys of the thermal behavior
of an electric oven. 2013. 89 f. Dissertação (Mestrado em Engenharias) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2013. DOI https://doi.org/10.14393/ufu.di.2013.269